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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur umformenden Herstellung eines wenigstens eine Bauteilkante aufweisenden Blechformteils.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens eine Bauteilkante aufweisenden Blechformteils
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Unter einer Bauteilkante wird eine in einem Blechformteil eingeformte Blechformteilkante mit einem markanten bzw. ausgeprägten Kantenverlauf verstanden. Insbesondere handelt es sich um eine so genannte Designkante, die einen kleinen bis sehr kleinen Kantenradius von bspw. weniger als 2 mm (an der Krümmungsinnenseite) aufweisen kann.
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Beim umformenden Herstellen von Blechformteilen können sich im Bereich solcher Bauteilkanten so genannte Nachlaufkanten ausbilden, was aus ästhetischen Gründen und wegen dem damit einhergehenden erhöhten Werkzeugverschleiß unerwünscht ist. An den Herstellprozess solcher Blechformteile werden daher hohe Anforderungen gestellt.
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In der
DE 10 2011 115 219 A1 wird die Verwendung von zwei nahezu identischen Ziehwerkzeugen vorgeschlagen, wobei das herzustellende Blechformteil im ersten Ziehwerkzeug im Wesentlichen fertig geformt und hierbei eine zu erzeugende Blechformteilkante positionsgenau mit vergrößertem Kantenradius vorgeformt wird und anschließend im zweiten Ziehwerkzeug nur noch die Blechformteilkante fertig ausgeformt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkzeug betreffender Art anzugeben, das wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist.
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Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen Werkzeug entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit einem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines wenigstens eine Bauteilkante aufweisenden Blechformteils mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Werkzeugs. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug zur umformenden Herstellung eines wenigstens eine Bauteilkante aufweisenden Blechformteils umfasst ein Werkzeugunterteil und ein (insbesondere zum Werkzeugunterteil relativbewegliches) Werkzeugoberteil, wobei die Kavität wenigstens eines dieser Werkzeugteile mit wenigstens einer entsprechenden Werkzeugkante zur Erzeugung einer solchen Bauteilkante am herzustellenden Blechformteil ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass neben wenigstens einer solchen Werkzeugkante im selben Werkzeugteil und/oder im anderen Werkzeugteil wenigstens eine (durch Einflussnahme von außen) aktiv steuerbare Rückhalteeinrichtung und bevorzugt mehrere aktiv steuerbare Rückhalteeinrichtung angeordnet ist/sind, mit der/mit denen während des Umformvorgangs bzw. Ziehvorgangs ein etwaiger Blechmaterialfluss zu der betreffenden Werkzeugkante unterbindbar ist (bzw. unterbunden werden kann) oder zumindest verringerbar ist (bzw. verringert werden kann).
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Bevorzugt handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug um ein Pressenwerkzeug (pressengebundenes Werkzeug) und insbesondere um ein Tiefziehwerkzeug zur umformenden Herstellung eines Blechformteils durch Tiefziehen (oder dergleichen) eines zwischen den Werkzeugteilen befindlichen Blechmaterials. Bei dem herzustellenden Blechformteil handelt es sich insbesondere um ein Karosserie-Außenhautteil.
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Bevorzugt umfasst eine Rückhalteeinrichtung wenigstens ein Rückhalteelement und wenigstens einen steuerbaren Aktuator, insbesondere mit veränderbarem Aktivierungsgrad, zur aktiven Betätigung des Rückhalteelements. Die aktive Betätigung des Rückhalteelements durch den Aktuator erfolgt insbesondere durch unmittelbare oder gegebenenfalls auch mittelbare Kraft- und/oder Bewegungsbeaufschlagung. Bei dem Aktuator kann es sich bspw. um einen Elektromotor, eine elektromagnetische Treiberspule, einen Pneumatik- oder Hydraulikantrieb, einen piezoelektrischen Antrieb oder dergleichen handeln. Eine konventionelle Feder oder dergleichen ist kein steuerbarer Aktuator im erfindungsgemäßen Sinne. Eine Rückhalteeinrichtung kann mehrere Rückhalteelemente und/oder mehrere Aktuatoren, die gegebenenfalls auch getrennt ansteuerbar sind, umfassen. Das erfindungsgemäße Werkzeug kann mehrere identisch oder unterschiedlich ausgebildete Rückhalteeinrichtungen aufweisen.
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Bevorzugt ist die Rückhalteeinrichtung neben der betreffenden Werkzeugkante in einer in der Kavität ausgebildeten Ausnehmung bzw. Vertiefung angeordnet. Das Rückhalteelement kann bspw. stempelartig ausgebildet sein und mit seiner Oberseite spaltfrei und im Wesentlichen bündig mit der Wirkfläche (Kavitätsoberfläche) abschließen. (Alternativ könnte das Rückhalteelement auch als eine in die Kavitätsoberfläche integrierte Metallmembran oder dergleichen ausgebildet sein.) Bei Ansteuerung bzw. bei Aktivierung des Aktuators wirkt das Rückhalteelement an der betreffenden Stelle unmittelbar gegen das Blechmaterial und wird hierbei direkt gegen das sich zwischen den Werkzeugteilen bewegende Blechmaterial gedrückt bzw. an die Blechoberfläche angedrückt, wobei die Andrückkraft bzw. der Anpressdruck insbesondere über den Aktivierungsgrad des Aktuators einstellbar ist. Dadurch wird an der betreffenden Stelle zumindest die Reibung zwischen dem Rückhalteelement und dem Blechmaterial erhöht und eine resultierende Rückhaltekraft hervorgerufen, wobei mitunter sogar ein Festhalten des Blechmaterials bewirkt werden kann. Der auf diese Weise in Richtung der Werkzeugkante verringerte oder gegebenenfalls ganz unterbundene Blechmaterialfluss verhindert unter anderem das Entstehen einer Nachlaufkante und Abrieb an der Werkzeugkante. Bevorzugt ermöglicht der Aktuator auch ein aktives Rückstellen des Rückhalteelements. Eine Rückstellung des Rückhalteelements kann auch mittels Federelement oder dergleichen erfolgen.
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Bevorzugt weist das Rückhalteelement an seiner Oberseite eine verhältnismäßig kleine Fläche von nur wenigen Quadratzentimetern auf (insbesondere weniger als 25 Quadratzentimeter), so dass hiermit quasi nur eine punktuelle Reibungsbeeinflussung erfolgt. Die Oberseite bzw. die dem Blechmaterial zugewandte Oberfläche des Rückhalteelements kann im Übrigen eine reibungserhöhende Beschaffenheit aufweisen.
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Aus der mit Hilfe einer Rückhalteeinrichtung ermöglichten aktiven Beeinflussbarkeit des Blechmaterialflusses bzw. der Blechbewegung zu einer betreffenden Werkzeugkante ergeben sich viele Vorteile. Ein Vorteil ist bspw. darin zu sehen, dass eine aktive lokale Beeinflussung des Blechmaterialflusses im Bereich einer Werkzeugkante gezielt und insbesondere nur bei Bedarf während einer bestimmten, insbesondere kritischen, Phase des Umform- bzw. Ziehvorgangs erfolgen kann. Dies ermöglicht eine Prozessstabilisierung, eine Verringerung von Ausschussteilen (da bspw. das Blechmaterial, insbesondere bei einer scharfen Werkzeugkante mit einem Radius von weniger als 4 mm und insbesondere von weniger als 2 mm, geringer beansprucht wird), eine bessere Bauteilqualität, einen verringerten Werkzeugverschleiß (weniger Abnutzung bzw. Abrieb an der Werkzeugkante) und eine längere Werkzeugstandzeit. Ferner können Blechformteile mit einer komplexen Geometrie bzw. einem komplexen Design hergestellt werden, die bislang mit konventionellen Werkzeugen nicht oder nur mit einem hohen Aufwand herstellbar sind.
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Der Abstand der Rückhalteeinrichtung zur Werkzeugkante beträgt bevorzugt nicht mehr als 50 mm, besonders bevorzugt nicht mehr als 40 mm und insbesondere nicht mehr als 30 mm.
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Bevorzugt befindet sich zu beiden Seiten der Werkzeugkante jeweils wenigstens eine Rückhalteeinrichtung, so dass beidseitig ein Blechmaterialfluss zur Werkzeugkante unterbunden oder zumindest verringert werden kann. Damit kann auch der Fall berücksichtigt werden, dass sich die Blechmaterialflussrichtung an der betreffenden Werkzeugkante während des Umformvorgangs ändert.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Werkzeug wenigstens eine im Bereich der Werkzeugkante angeordnete Messeinrichtung zur Erfassung des (örtlichen) Blechmaterialflusses aufweist. Blechflusssensoren oder dergleichen sind als Zukaufteile erhältlich, müssen gegebenenfalls aber noch angepasst werden. Bevorzugt ist diese Messeinrichtung an oder gegenüberliegend der betreffenden Werkzeugkante angeordnet, so dass direkt an der Werkzeugkante eine Blechbewegungskontrolle, insbesondere mit einer Bewegungsrichtungserfassung, ermöglicht wird.
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Die wenigstens eine Rückhalteeinrichtung kann in einem der Werkzeugteile und die wenigstens eine Messeinrichtung kann im anderen Werkzeugteil angeordnet sein. Die Rückhalteeinrichtung und die Messeinrichtung sind demnach bevorzugt nicht im selben Werkzeugteil angeordnet.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung zwischen beidseitig der Werkzeugkante angeordneten Rückhalteeinrichtungen angeordnet ist.
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Zum erfindungsgemäßen Werkzeug kann ferner eine Steuereinrichtung gehören, die insbesondere der Ansteuerung der Rückhalteeinrichtung dient.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines wenigstens eine Bauteilkante aufweisenden Blechformteils mit einem erfindungsgemäßen Werkzeug sieht vor, dass während des Umformvorgangs bzw. Ziehvorgangs ein etwaiger Blechmaterialfluss im Bereich wenigstens einer (betreffenden) Werkzeugkante und insbesondere direkt an dieser Werkzeugkante mit Hilfe wenigstens einer Messeinrichtung (zur Erfassung des Blechmaterialflusses) erfasst wird und dass hieraus ein erforderlicher Aktivierungsgrad zur Aktivierung wenigstens einer neben der betreffenden Werkzeugkante angeordneten Rückhalteeinrichtung ermittelt wird (bzw. dass ein erforderlicher Stelleingriff an dieser Rückhalteeinrichtung bestimmt wird), der dann entsprechend von der Rückhalteeinrichtung umgesetzt wird, um hierüber den Blechmaterialfluss zu der betreffenden Werkzeugkante und damit eine Blechbewegung direkt an dieser Werkzeugkante zu unterbinden oder zumindest zu verringern. Bevorzugt erfolgt dies, d. h. die Aktivierung wenigstens einer Rückhalteeinrichtung, automatisch, vorzugsweise in einem Regelkreis, womit eine lokale Regelung der Blechbewegung an einer Werkzeugkante ermöglicht wird. Insbesondere wird dies mit Hilfe einer zum Werkzeug gehörenden Steuereinrichtung bewerkstelligt, die entsprechend ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die in der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können jedoch, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein. In der Zeichnung zeigt
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1 in einer schematischen und nicht maßstabsgerechten Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Werkzeug, einschließlich einer vergrößerten Detaildarstellung.
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1 zeigt ein pressengebundenes Werkzeug 100, das ein Werkzeugoberteil 110 mit einer als Gusskörper ausgebildeten Matrize 112, die eine obere formgebende Kavität 113 aufweist, und ein Werkzeugunterteil 120 mit einem als Gusskörper ausgebildeten Niederhalter 121 und einem ebenfalls als Gusskörper ausgebildeten Stempel 122, der eine untere formgebende Kavität 123 aufweist, umfasst. Zwischen den Werkzeugteilen 110 und 120 bzw. deren Kavitäten 113 und 123 kann in an und für sich bekannter Weise ein Blechmaterial 200 umgeformt werden. Das hierbei herzustellende Blechformteil weist eine kritische Bauteilkante auf, wozu die untere Kavität 123 in dem vergrößert dargestellten Bereich mit einer formgebenden, konvex gestalteten Werkzeugkante 125 ausgebildet ist. Die obere Kavität 113 weist einen entsprechenden, mit der Werkzeugkante 125 korrespondierenden, konvexen Kavitätsabschnitt 115 auf.
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Während des Umformvorgangs kann am Ort der ersten Berührung des Blechmaterials 200 mit der Werkzeugkante 125 eine so genannte Anhaukante entstehen, die während des weiteren Umform- bzw. Ziehvorgangs durch Nachlaufen des Blechmaterials von der Werkzeugkante 125 wegwandert und die sich dann als bleibende Nachlaufkante im Blechformteil abzeichnet. Eine fast immer anzutreffende Begleiterscheinung ist, dass das Nachlaufen des Blechmaterials über die Werkzeugkante 125 auch Spuren auf der betroffenen Oberfläche des Blechmaterials 200 bzw. des Blechformteils hinterlässt und dass die Werkzeugkante 125 einem erhöhten Verschleiß unterliegt.
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Um dies zu vermeiden, weist das Werkzeug 100 beidseitig neben der Werkzeugkante 125 angeordnete, in die Kavität 123 eingesetzte bzw. eingelassene, aktiv steuerbare Rückhalteeinrichtungen 140 auf, mit denen während des Umformvorgangs der Blechmaterialfluss zur Werkzeugkante 125 unterbindbar bzw. verhinderbar oder zumindest verringerbar ist. Die Rückhalteeinrichtungen 140 sind beispielhaft neben der Werkzeugkante 125 im unteren Werkzeugteil 120 angeordnet. Analog hierzu kann wenigstens eine Rückhalteeinrichtung 140 (oder sogar alle Rückhalteeinrichtungen 140) im Werkzeugoberteil 110 angeordnet sein, derart, dass sich diese (bei geschlossenem Werkzeug 100, wie dargestellt) neben der im Werkzeugunterteil 120 ausgebildeten Werkzeugkante 125 befindet (wie mit dem strichlinierten Umriss 140’ veranschaulicht). Die Ortsangabe „neben“ bezieht sich somit vielmehr auf die durch die Werkzeugkante 125 gebildete Umformstelle (an der die Bauteilkante geformt wird) innerhalb des Werkzeugs 100 als auf die Werkzeugkante 125 selbst. Im Übrigen können die Rückhalteeinrichtungen 140 entlang des Längsverlaufs der Werkzeugkante 125 versetzt zueinander angeordnet sein.
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Die Rückhalteeinrichtungen 140 weisen ein Rückhalteelement 141 und einen steuerbaren Aktuator 142 zur aktiven Betätigung des Rückhalteelements 141 auf. Der Anschluss erfolgt über die Verkabelung 145. Bei Ansteuerung bzw. bei Aktivierung eines Aktuators 142 wird das zugehörige Rückhalteelement 141 gegen das Blechmaterial 200 gedrückt, wodurch an der betreffenden Stelle die Reibung zwischen dem Rückhalteelement 141 und dem Blechmaterial 200 und gegebenenfalls auch die rückseitige Reibung zwischen dem Blechmaterial 200 und der oberen Werkzeugkavität 113 erhöht wird, wobei nur lokal bzw. punktuell eine Reibungserhöhung erzielt wird. Dadurch kann der Blechmaterialfluss zur Werkzeugkante 125 verringert oder sogar vollständig unterbunden werden, so dass die unerwünschte Blechbewegung an der Werkzeugkante 125 verhindert oder zumindest reduziert und insbesondere minimiert wird. Mit Hilfe der Rückhalteeinrichtungen 140 und den damit erzeugbaren Rückhaltekräften kann also das Blechmaterial 200 wahlweise auf einer Seite (rechts oder links) der Werkzeugkante 125 oder gleichzeitig auf beiden Seiten der Werkzeugkante 125 zurückgehalten oder sogar festgehalten werden.
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Aufgrund einer im Hinblick auf geringe Blechbewegungen im Bereich von Werkzeugkanten optimierten Werkzeugauslegung kann mit vergleichsweise niedrigen an den Rückhalteeinrichtungen 140 erzeugten Rückhaltekräften eine ausreichende Beeinflussung des lokalen Blechmaterialflusses erfolgen; d. h. zur aktiven Minimierung der Blechbewegung wird nur wenig Kraft benötigt, was sich bspw. vorteilig auf die Baugröße der Rückhalteeinrichtungen 140 und/oder deren Anschlussleistungen auswirkt.
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Das Werkzeug 100 weist ferner eine im Bereich der Werkzeugkante 125 angeordnete Messeinrichtung 150 zur Erfassung des örtlichen Blechmaterialflusses auf. Die Messeinrichtung 150 kann nach einem optischen (gegebenenfalls auch mit Laserstrahl), taktilen, induktiven, kapazitiven oder sonstigen Prinzip arbeiten. Die Messeinrichtung 150 ist beispielhaft im Werkzeugoberteil 110 direkt gegenüberliegend der Werkzeugkante 125 angeordnet und befindet sich somit quasi zwischen den im Werkzeugunterteil 120 angeordneten Rückhalteeinrichtungen 140. Ebenso könnte die Messeinrichtung 150 auch im Werkzeugunterteil 120 angeordnet sein. Ferner können mehrere derartige Messeinrichtungen 150 vorgesehen sein, die sowohl im Werkzeugoberteil 110 als auch im Werkzeugunterteil 120 angeordnet sein können.
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Mit Hilfe der Messeinrichtung 150 kann während des gesamten Umformvorgangs oder gegebenenfalls auch nur in einer kritischen Phase des Umformvorgangs direkt an der Werkzeugkante 125 ein etwaiger Blechmaterialfluss (bzw. eine Blechbewegung) und insbesondere auch dessen Richtung erfasst werden, woraufhin eine der Rückhalteeinrichtungen 140 oder alle Rückhalteeinrichtungen 140 durch entsprechende Ansteuerung aktiviert werden können, so dass die unerwünschte Blechbewegung an der Werkzeugkante 125 unterbunden oder zumindest reduziert wird. Bevorzugt erfolgt dies in einem Regelkreis, wie obenstehend erläutert. Ferner kann basierend auf Messungen der Messeinrichtung 150 auch eine Qualitätsdokumentation erfolgen.
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Das Werkzeug 100 kann eine Vielzahl identisch oder unterschiedlich ausgebildeter Rückhalteeinrichtungen 140 aufweisen, die insbesondere in kritischen Bereichen entlang einer oder mehrerer Werkzeugkanten 125 angeordnet sind. Die Ansteuerung oder Regelung kann werkzeugspezifisch und/oder situationserforderlich unabhängig voneinander erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Werkzeug
- 110
- Werkzeugoberteil
- 112
- Matrize
- 113
- Werkzeugwirkfläche
- 115
- Kavitätsabschnitt
- 120
- Werkzeugunterteil
- 121
- Niederhalter
- 122
- Stempel
- 123
- Werkzeugwirkfläche
- 125
- Werkzeugkante
- 140
- Rückhalteeinrichtung
- 141
- Rückhalteelement
- 142
- Aktuator
- 145
- Verkabelung, Anschluss
- 150
- Messeinrichtung, Messsensor
- 155
- Verkabelung, Anschluss
- 200
- Blechmaterial
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011115219 A1 [0005]
- DE 102010049264 A1 [0006]
